內(nèi)螺旋槽零件在車銑復(fù)合機(jī)床上的加工方法研究

閆 博

（東莞市德勤教育科技有限公司，廣東東莞 523000）

1 引言

內(nèi)螺旋槽加工在數(shù)控車床上歷來都是一個(gè)難題，尤其是復(fù)雜的內(nèi)螺旋槽零件，該內(nèi)螺旋槽是一種分布在內(nèi)孔壁上的梯形截面溝槽，在內(nèi)孔壁上均勻附著5條，內(nèi)孔是一個(gè)錐形孔，螺旋槽深度也是由外而內(nèi)逐漸減小。內(nèi)孔比較大，約200mm左右，內(nèi)螺旋槽又是空間曲線，其加工過程很難檢測，在數(shù)控車床上加工是一個(gè)難題，如果加工時(shí)采用內(nèi)孔切槽刀車削的方法加工，雖然保證了零件表面的加工質(zhì)量，但加工余量太大，加工時(shí)間太長，影響了加工效率。而采用內(nèi)壁銑刀銑削的方法銑削內(nèi)螺旋槽，雖然提高了零件的生產(chǎn)效率，但加工出來的內(nèi)螺旋槽表面粗糙度達(dá)不到圖紙的要求。所以在保證內(nèi)螺旋槽零件表面質(zhì)量的前提下，把兩種加工方法結(jié)合在一起，粗加工采用內(nèi)壁銑刀銑削的方法加工，精加工采用內(nèi)孔切槽刀車削的方法加工，這樣既提高了零件的生產(chǎn)效率，又保證了零件的表面質(zhì)量。

2 零件結(jié)構(gòu)分析

內(nèi)螺旋槽零件如圖1所示，螺旋槽材質(zhì)為鋁合金AL6061-T6，6061-T6是鋁、鎂、硅合金，是一種熱處理型的耐腐蝕性合金，高強(qiáng)度，高硬度廣泛應(yīng)用于要求有一定強(qiáng)度和抗蝕性高的各種工業(yè)結(jié)構(gòu)件，如制造卡車、塔式建筑、船舶、電車、鐵道車輛、家具機(jī)械零件、精密加工、模具等。

圖1 內(nèi)螺旋槽零件圖

該 零 件 主 要 由φ203mm、φ208mm、φ250mm、φ234mm、φ279.5mm、φ284.5mm 外圓和60°的外錐度，φ191mm、φ272.5mm內(nèi)孔，φ4mm端面孔和有關(guān)倒角等表面組成。內(nèi)錐螺旋槽其截面形狀為梯形，螺旋槽底孔直徑為φ191mm，螺旋槽槽寬26.4mm，螺旋槽凸臺(tái)寬4.7mm，5頭內(nèi)螺旋槽在孔口以錐螺旋線形狀附著在內(nèi)孔壁上，軸向方向呈均勻分布，每兩條螺旋線之間的夾角為72°，內(nèi)螺旋槽底大端直徑為φ212mm，小端直徑為φ195mm。整個(gè)零件圖尺寸標(biāo)注符合數(shù)控加工尺寸標(biāo)注要求，輪廓描述清楚完整，表面粗糙度要求為Ra1.6μm和Ra3.2μm，零件表面處理需要做5±2μm本色陽極氧化。

3 加工工藝分析

使用焊接的鋁制軟爪裝夾，使零件的所有工步都能在機(jī)床上完成。因?yàn)橛袃?nèi)螺旋槽，所以不能在普通數(shù)控車床上完成，需要用到帶有動(dòng)力頭的車銑復(fù)合機(jī)床，考慮到零件的復(fù)雜性和對形位公差要求比較高，零件則需要分多次裝夾。第一次裝夾首先粗車零件外輪廓和內(nèi)孔，留精加工余量。第二次裝夾加工可采用一把定制的內(nèi)壁銑刀伸進(jìn)內(nèi)孔壁上粗銑內(nèi)螺旋槽結(jié)合內(nèi)溝槽車刀精車內(nèi)螺旋槽側(cè)面和底面的方法加工。第三次裝夾反撐內(nèi)孔表面，加工所有外徑和內(nèi)孔表面以及端面，保證零件圖紙上的形位公差要求和精度要求。零件加工完成后，拆下工件，使用自制刮刀去除工件各處毛刺，用氣槍吹干凈工件上的毛刺，切屑。再用振動(dòng)筆在零件外徑居中位置打標(biāo)，最后零件再做本色陽極氧化表面處理。

4 選擇毛坯和機(jī)床

因?yàn)槭桥考庸?，該產(chǎn)品需要加工200件，根據(jù)圖紙要求，選擇工件毛坯尺寸為φ290×150mm 中心孔φ186mm的中空管料，材質(zhì)為AL6061-T6高硬度鋁合金。

加工該零件的機(jī)床為韓國產(chǎn)的斗山數(shù)控車削中心，該機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)直徑可達(dá)500mm。刀塔可裝15把刀具，主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)5,000 轉(zhuǎn)/min，機(jī)床的特點(diǎn)就是X、Z軸反應(yīng)速度快，換刀速度也快，可以極大地節(jié)省機(jī)床的非切削移動(dòng)時(shí)間，提高零件生產(chǎn)效率。其機(jī)床加工精度可以達(dá)到0.003mm。該機(jī)床具有X、Z、C3 個(gè)軸，其中X軸Z軸可在刀塔上裝上動(dòng)力頭進(jìn)行銑削加工，C軸可進(jìn)行分度加工，機(jī)床系統(tǒng)采用大眾所熟知的通用系統(tǒng)——FANUC OI系統(tǒng)。

5 選擇刀具

零件加工刀具清單如表1所示。

表1 零件加工刀具清單

此內(nèi)壁鉆動(dòng)力頭為銑內(nèi)螺旋槽專用動(dòng)力頭，需要專門定制，在原有徑向動(dòng)力頭的基礎(chǔ)上做一個(gè)懸伸壁能伸進(jìn)內(nèi)孔加工。其大致外形如圖2所示。

圖2 內(nèi)壁鉆輪廓圖

6 確定零件和刀具的裝夾方式

該零件需要3次裝夾車削才能完成加工步驟。

（1）1 夾毛坯用車銑復(fù)合機(jī)床的液壓三爪卡盤夾持，如圖3所示，因夾持直徑太大，在三爪的最外端焊接了3塊懸伸軟爪，軟爪材料用鋁合金制造，可以有效保護(hù)已加工表面不受壓力變形，軟爪內(nèi)孔夾持部位則車至φ290mm 長20mm，工件則伸出122mm 長。夾頭壓力不可調(diào)至太大，太大會(huì)導(dǎo)致工件變形，太小會(huì)夾不緊工件，經(jīng)驗(yàn)證夾頭壓力為10kg左右。

圖3 1夾工件與刀具的安裝圖

（2）2 夾同樣采用鋁制軟爪，如圖4 所示，軟爪內(nèi)孔夾持部位則車至φ251mm 長15mm，夾住φ250.6mm的已加工外圓表面，用工件左側(cè)面和軟爪的內(nèi)孔側(cè)面貼合定位。

圖4 2夾工件與刀具的安裝圖

（3）3 夾需要用到鋁制反爪，如圖5 所示，反爪外圓直徑車至φ272.5mm，用反爪撐住φ272.5mm的已加工的內(nèi)孔表面，已加工的工件內(nèi)孔側(cè)面頂住反爪端面定位夾緊。

圖5 3夾工件與刀具的安裝圖

7 工序安排

該工件共分3次裝夾車削完所有尺寸。

第一次裝夾：

（1）粗車徑向槽——使用60°外圓尖刀粗車φ234mm 徑向槽底面和61°的斜面，留1.5mm 精加工余量，轉(zhuǎn)速n設(shè)為400 轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給量f設(shè)為0.25mm/轉(zhuǎn)，背吃刀量ap設(shè)為1mm。

（2）粗車外輪廓及端面——使用主偏角為93°刀尖半徑為R0.8mm 的外圓右偏刀粗車φ203mm、φ208mm、φ250mm 外圓、61°的斜面和端面，留0.6mm精加工余量。轉(zhuǎn)速n設(shè)為400 轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給量f設(shè)為0.3mm/轉(zhuǎn)，背吃刀量ap設(shè)為2mm。

（3）粗車徑向槽及端面——使用主偏角為93°刀尖半徑為R0.8mm的外圓左偏刀粗車φ234mm徑向槽底面及端面，留0.6mm 精加工余量。轉(zhuǎn)速n設(shè)為400 轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給量f設(shè)為0.3mm/轉(zhuǎn)，背吃刀量ap設(shè)為2mm。

（4）粗車內(nèi)孔——使用主偏角為93°刀尖半徑為R0.8mm的內(nèi)孔粗車刀粗車φ190mm內(nèi)徑，留0.6mm精加工余量，轉(zhuǎn)速n設(shè)為400 轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給量f設(shè)為0.3mm/轉(zhuǎn)，背吃刀量ap設(shè)為2mm。

第二次裝夾：

（1）定點(diǎn)鉆打點(diǎn)——使用φ8mm 定點(diǎn)鉆打點(diǎn)定位，鉆深為3mm，轉(zhuǎn)速n設(shè)為1,000 轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給量f設(shè)為0.1mm/轉(zhuǎn)。

（2）鉆孔——使用φ4mm 鉆頭鉆通孔，鉆深為28mm，轉(zhuǎn)速n設(shè)為1,500 轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給量f設(shè)為0.1mm/轉(zhuǎn)，鉆孔退刀量為0.5mm，逐層鉆孔深度為3mm。

（3）粗車端面——使用主偏角為93°刀尖半徑為R0.4mm 的外圓右偏刀粗車端面，留0.2mm 精加工余量，軸向平移步距設(shè)為1mm，退刀量設(shè)為0.2mm，轉(zhuǎn)速n設(shè)為400轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給量f設(shè)為0.25mm/轉(zhuǎn)。

（4）精車內(nèi)孔——使用主偏角為93°刀尖半徑為R0.4mm的內(nèi)孔粗車刀精車φ272.5mm內(nèi)徑及端面，轉(zhuǎn)速n設(shè)為500 轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給量f設(shè)為0.2mm/轉(zhuǎn)，保證表面粗糙度為Ra1.6μm。

（5）粗銑內(nèi)螺旋槽——車銑復(fù)合機(jī)床刀架上安裝一種定制的可以懸伸進(jìn)內(nèi)孔的徑向動(dòng)力頭，在動(dòng)力頭上裝φ8mm的平底銑刀，使用銑刀在內(nèi)孔壁上粗銑出內(nèi)螺旋槽，在螺旋槽在兩側(cè)面和底面各留0.5mm的精加工余量，銑刀轉(zhuǎn)速n設(shè)為2,500 轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給量f 設(shè)為350mm/min，背吃刀量ap設(shè)為1mm。

（6）車內(nèi)螺旋槽側(cè)面——車銑復(fù)合機(jī)床刀架上安裝一種自制的可以懸伸進(jìn)內(nèi)孔的徑向內(nèi)孔切槽刀，刀頭寬12mm，刀頭一側(cè)需磨出20°左右的螺旋升角，以防干涉到內(nèi)螺旋槽的側(cè)面，使用內(nèi)孔槽刀在內(nèi)孔壁上分層精車內(nèi)螺旋槽側(cè)面，因是C軸聯(lián)動(dòng)，所以不需要設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速，加工時(shí)進(jìn)給量f設(shè)為6,000mm/min，背吃刀量ap設(shè)為0.5mm。

（7）車內(nèi)螺旋槽底面——使用內(nèi)孔槽刀精車內(nèi)螺旋槽底面，加工時(shí)進(jìn)給量f設(shè)為6,000mm/min。

（8）內(nèi)螺旋槽棱邊倒角——車銑復(fù)合機(jī)床刀架上安裝一種自制的可以懸伸進(jìn)內(nèi)孔的內(nèi)孔切槽倒角刀，刀頭寬12mm，刀頭兩個(gè)副切削刃磨出45°斜角，一側(cè)刀刃需磨出20°左右的副后角，以防刀刃的副后面干涉到內(nèi)螺旋槽的棱邊，棱邊倒角一刀車出來，不需要分刀加工，加工時(shí)進(jìn)給量f設(shè)為6,000mm/min。

（9）φ4mm 孔口倒角——使用φ8mm 定點(diǎn)鉆側(cè)刃對φ4mm 孔口倒角，倒角C0.2mm，轉(zhuǎn)速n設(shè)為1,000 轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給量f設(shè)為0.1mm/轉(zhuǎn)。

（10）內(nèi)螺旋槽口部倒角——使用φ8mm 定點(diǎn)鉆側(cè)刃對內(nèi)螺旋槽口部倒角，倒角C0.2mm，轉(zhuǎn)速n設(shè)為1,000轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給量f設(shè)為0.1mm/轉(zhuǎn)。

第三次裝夾：

（1）車左邊外輪廓及端面——使用主偏角為93°刀尖半徑為R0.4mm 的外圓右偏刀精車φ203mm、φ208mm、φ250mm 外圓和端面，轉(zhuǎn)速n設(shè)為500 轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給量f設(shè)為0.25/mm/轉(zhuǎn)，倒角進(jìn)給量設(shè)為0.12mm/轉(zhuǎn)。

（2）車右邊外輪廓及端面——使用5mm寬外圓切槽刀精車φ234mm、φ284.5mm、φ279.5mm 外圓、60°的斜面和端面，轉(zhuǎn)速n設(shè)為500 轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給量f設(shè)為0.25mm/轉(zhuǎn)，倒角進(jìn)給量設(shè)為0.12mm/轉(zhuǎn)。

（3）車內(nèi)孔——使用主偏角為93°刀尖半徑為R0.4mm 的內(nèi)孔精車刀精車φ191mm 內(nèi)徑及端面，轉(zhuǎn)速n設(shè)為500轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給量f設(shè)為0.15mm/轉(zhuǎn)，倒角進(jìn)給量設(shè)為0.1mm/轉(zhuǎn)，保證表面粗糙度為Ra1.6μm。

零件在車床上加工完成后使用自制小刮刀去除工件各處硬毛刺，倒角0.2mm，不可刮傷工件其他面。用振動(dòng)筆打標(biāo)，打標(biāo)位置在φ234mm外圓上大概位置，盡量居中，打標(biāo)內(nèi)容為英文字母C（字母為大寫），字高約5mm。最后零件做表面處理，本色陽極氧化，氧化層厚度5±2μm，氧化后圖示尺寸不可超差。

8 結(jié)語

通過對內(nèi)螺旋槽零件的數(shù)控加工工藝分析研究，特別是難加工，精度要求高的內(nèi)螺旋槽零件，設(shè)計(jì)出合理的夾具，利用研制的新型內(nèi)螺旋槽銑削動(dòng)力頭，經(jīng)過合理的工序安排，順利在數(shù)控車床上實(shí)現(xiàn)了此類零件的加工。